WSN中無線觸發(fā)傳感MAC協(xié)議

摘要：本文中，我們提出一種新的MAc協(xié)議，稱無線觸發(fā)傳感器MAc（RTM）協(xié)議，有望成為下一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。提出的RTM是一個跨層MAc協(xié)議，利用被動無線傳感器硬件來有效進(jìn)行媒介訪問。被動無線傳感器從天線信號中獲得能量并供給其能量。被動無線傳感器有義務(wù)喚醒休眠節(jié)點，傳感器節(jié)，最處于體眠模式其正常通信無線電關(guān)閉。為與鄰傳感器節(jié)最通信，傳送一個喚醒信號。這個喚醒信號提供給喚醒的傳感器節(jié)點的被動無線傳感器。在數(shù)據(jù)通信之后，關(guān)掉傳感器節(jié)點，RTM協(xié)議表明用更少的能耗和更快的數(shù)據(jù)傳遞特點將對具體的應(yīng)用如無線身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和安全監(jiān)控系統(tǒng)非常有價值。

關(guān)鍵詞：被動無線電傳感器；無線觸發(fā)；MAC；WSN；RTM

1、介紹

WSN由具有感知和計算能力的低功率設(shè)備構(gòu)成，這些小的廉價設(shè)備由電池供能，因此傳感器節(jié)點必須是有效能量。

在一個傳感器節(jié)點上無線電經(jīng)常使用能量的組成部分。WSN中傳統(tǒng)WSN協(xié)議節(jié)省能量依靠介紹喚醒/45眠調(diào)度方法的概念，在這方法中節(jié)點在偵聽和休眠之間周期地改變。使用周期循環(huán)方法和MAC協(xié)議是感知MAC（s-MAC），定時MAC（T-MAC）等。喚醒/休眠調(diào)度方法常稱獨立而復(fù)雜的應(yīng)用。在系統(tǒng)事件的節(jié)點和定時之間同步頻率應(yīng)仔細(xì)被設(shè)計，否則在網(wǎng)絡(luò)中一些節(jié)點可能錯過喚醒需求。而且，周期循環(huán)MAc協(xié)議中在能耗和延遲之間常折衷。低周期循環(huán)產(chǎn)生低能耗，但在數(shù)據(jù)通信內(nèi)，同時增加延遲，這在許多應(yīng)用中是不可能提供的。

2、設(shè)計和實現(xiàn)

這部分中，描述解決方法減少需求為在一個傳感器節(jié)點上周期性喚醒射頻模式。RTM協(xié)議基于被動無線傳感器探測無線傳送在一個射頻模式的操作范圍之內(nèi)。無線傳感器是一個被動設(shè)備和從接收無線信號中自己供能。傳感器的射頻模式保留空間完全地關(guān)閉。通過使用附在傳感器節(jié)點上的被動無疑傳感器硬件，傳感器節(jié)點從休眠狀態(tài)喚醒。在休眠模式中這個特點導(dǎo)致傳感器節(jié)點的許多年操作并立刻喚醒為數(shù)據(jù)通信需要。

2.1 被動無線傳感器

使用的傳感器節(jié)點是被動設(shè)備，這在RFID數(shù)據(jù)中是非常流行的。在這使用的無線傳感器為操作提供任何功率。無線傳感器收集足夠的能量從周圍觸發(fā)中繼到喚醒網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。而且，無線傳感器運行一個超帶濾波器，這被選擇的信號和中繼網(wǎng)絡(luò)節(jié)點僅當(dāng)天線信號在一個RF模塊的操作范圍之內(nèi)被監(jiān)測到，這阻止節(jié)點發(fā)出錯誤警報和不必要的喚醒。

不像其他傳統(tǒng)的MAC協(xié)議，這使分離信道為喚醒信息，RTM使用相同信道為喚醒前導(dǎo)碼，被無線傳感器運行在相同操作頻率的節(jié)點通信中。

在傳感器節(jié)點處RF模塊常被關(guān)掉。無論何時在環(huán)境中無線傳感器探測傳送傳感器節(jié)點被喚醒。射頻模塊然后處理剩余的通信。在完成通信后，射頻模塊再一次被關(guān)掉。

2.2 傳感器節(jié)點喚醒

在通信開始，傳送者通過使用CSMA/CA協(xié)議競爭媒介，一個贏家發(fā)送一個喚醒前導(dǎo)來喚醒休眠節(jié)點。喚醒前導(dǎo)是一些字節(jié)的規(guī)則比特形式且不包含任何有用的信息喚醒前導(dǎo)用于為間斷傳感器節(jié)點的被動無線傳感器節(jié)點。被動射頻傳感器由喚醒前導(dǎo)供能鄰節(jié)點喚醒它各自的節(jié)點。因此，節(jié)點準(zhǔn)備通信。

2.3 通信

圖1表明采用RTM傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送過程。在RTM中通信甚至類似于IEEE802.11。我們采用RTS/CTS機制解決隱藏終端問題。同樣，RTS/CTS機制阻止節(jié)點偷聽，如圖l所示，發(fā)送者先發(fā)送喚醒前導(dǎo)初始化通信。被動傳感器的接收節(jié)點由前導(dǎo)喚醒他們自己供能。在發(fā)送喚醒前導(dǎo)之后，發(fā)送者傳送RTS和等待CTS。如果一個節(jié)點在一定時間內(nèi)沒有得到CTS，試圖重發(fā)送RTS在一定門檻數(shù)量時間。在傳送失敗后，節(jié)點放棄然后進(jìn)入休眠。如節(jié)點成功地接收CTS，然后發(fā)送數(shù)據(jù)并等待ACK。在獲得ACI/后，節(jié)點進(jìn)入休眠，如果節(jié)點在一定時間內(nèi)沒有獲得ACK，它重傳數(shù)據(jù)。

3、結(jié)論

本文中，提出一個新能量效率MAC協(xié)議稱RTM，其具有兩個優(yōu)勢：低延遲和高能量效率。為達(dá)到上面提到的優(yōu)勢，提出的RTM使用一個被動無線傳感器，這喚醒休眠狀態(tài)的節(jié)點，無論何時在周圍有通信。因為被動傳感器，節(jié)點能在休眠節(jié)點花費大部分時間，并立刻喚醒，無論何時有通信時。